(57)【要約】【課題】磁性金属板製のエンコーダ４を、水、泥、融雪塩等の異物が付着する可能性のある部分に設置する場合でも、上記エンコーダ４が腐食するのを防止できる構造を実現する。【解決手段】上記エンコーダ４を、磁性ステンレス鋼板等の耐食製を有する金属板製とする。この様な構成を採用する事により、上記課題を解決する。【選択図】図１
2007198873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受ユニットと、荷重測定装置とを備え、
このうちの転がり軸受ユニットは、静止側周面に静止側軌道を有し、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転する回転側軌道輪と、上記静止側軌道と上記回転側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備えたものであり、
上記荷重測定装置は、エンコーダと、センサと、演算器とを備え、
このうちのエンコーダは、磁性金属製で、上記回転側軌道輪又はこの回転側軌道輪と共に回転及び変位する回転部材の一部に支持固定され、この回転側軌道輪又はこの回転部材と同心に設けた被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させると共に、この被検出面の特性が円周方向に関して変化する位相若しくはピッチを、この被検出面の幅方向に応じて連続的に変化させたものであり、
上記センサは、検出部を上記被検出面に対向させた状態で使用時にも回転しない部分に支持され、この被検出面の特性変化に対応して出力信号を変化させるものであり、
上記演算器は、上記センサの出力信号が変化するパターンに基づいて上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に加わる荷重を算出する機能を有するものである、
荷重測定装置付転がり軸受ユニットであって、
上記エンコーダが耐食性を有するものである事を特徴とする荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項２】
エンコーダに耐食性を与える為、このエンコーダの素材である磁性金属として、ステンレス鋼を使用している、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項３】
エンコーダに耐食性を与える為、このエンコーダの表面に防錆処理を施している、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項４】
転がり軸受ユニットと、荷重測定装置とを備え、
このうちの転がり軸受ユニットは、静止側周面に静止側軌道を有し、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転する回転側軌道輪と、上記静止側軌道と上記回転側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備えたものであり、
上記荷重測定装置は、エンコーダと、センサと、演算器とを備え、
このうちのエンコーダは、永久磁石製で、上記回転側軌道輪又はこの回転側軌道輪と共に回転及び変位する回転部材に固定した磁性金属製の芯金に添着固定され、上記回転側軌道輪又は上記回転部材と同心に設けた被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させると共に、この被検出面の特性が円周方向に関して変化する位相若しくはピッチを、この被検出面の幅方向に応じて連続的に変化させたものであり、
上記センサは、検出部を上記被検出面に対向させた状態で使用時にも回転しない部分に支持され、この被検出面の特性変化に対応して出力信号を変化させるものであり、
上記演算器は、上記センサの出力信号が変化するパターンに基づいて上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に加わる荷重を算出する機能を有するものである、
荷重測定装置付転がり軸受ユニットであって、
上記芯金が耐食性を有するものである事を特徴とする荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項５】
芯金に耐食性を与える為、この芯金の素材である磁性金属として、ステンレス鋼を使用している、請求項４に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【請求項６】
芯金に耐食性を与える為、この芯金の表面に防錆処理を施している、請求項４に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、自動車等の車両の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、この車輪に加わる荷重の大きさを測定して、車両の安定運行の確保に利用する。或は、各種工作機械の主軸を支持する為の転がり軸受ユニットに組み込んで、この主軸に加わる荷重を測定し、工具の送り速度等を適切に調節する為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車の車輪は懸架装置に対し、複列アンギュラ型等の転がり軸受ユニットにより、回転自在に支持する。又、自動車の走行安定性を確保する為に、例えば非特許文献１に記載されている様な、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）、更には、電子制御式ビークルスタビリティコントロールシステム（ＥＳＣ）等の車両用走行安定化装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定化装置を制御する為には、車輪の回転速度、車体に加わる各方向の加速度等を表す信号が必要になる。そして、より高度の制御を行なう為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニットに加わる荷重（例えばラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）の大きさを知る事が好ましい場合がある。
【０００３】
この様な事情に鑑みて、特許文献１には、複列アンギュラ型の玉軸受ユニットである転がり軸受ユニットを構成する１対の列の玉の公転速度に基づいて、この転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を測定する、荷重測定装置付転がり軸受ユニットに関する発明が記載されている。この様な特許文献１に記載された荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、上記両列の玉の公転速度を、これら各玉を保持した１対の保持器の回転速度として求め、これら両列の玉の公転速度に基づいて、上記ラジアル荷重又はアキシアル荷重を算出する。この様な従来構造の場合、上記各玉の転動面と上記両保持器のポケットの内面との間に不可避的に存在する隙間に起因して、上記両列の玉の公転速度と上記両保持器の回転速度との間に、微妙なずれが生じる場合がある。この為、上記ラジアル荷重又はアキシアル荷重を精度良く求める為には、改良の余地がある。
【０００４】
これに対して、未公開ではあるが、上述の様な不可避的なずれに基づく測定精度の悪化を防止できる構造として、特殊なエンコーダを使用した荷重測定装置付転がり軸受ユニットが発明（例えば、特願２００５−１４７６４２号）され、その開発が進められている。図１〜３は、この様な特殊なエンコーダを使用した荷重測定装置付転がり軸受ユニットの第１例を示している。この先発明の第１例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、使用時にも回転しない静止側軌道輪である外輪１の内径側に、使用時に車輪を支持固定した状態でこの車輪と共に回転する、回転側軌道輪であるハブ２を、複数個の転動体３、３を介して回転自在に支持している。これら各転動体３、３には、互いに逆向きの（図示の場合には背面組み合わせ型の）接触角と共に、予圧を付与している。尚、図示の例では、上記転動体３として玉を使用しているが、重量が嵩む自動車用の軸受ユニットの場合には、玉に代えて円すいころを使用する場合もある。
【０００５】
又、上記ハブ２の内端部（特に断わりがない限り、軸方向に関して「内」とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向中央側を言い、図１の右側。反対に、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側となる図１の左側を、軸方向に関して「外」と言う。本明細書全体で同じ。）には、円筒状のエンコーダ４を、上記ハブ２と同心に支持固定している。又、上記外輪１の内端部に装着固定した合成樹脂製のセンサホルダ５の内部に、１対のセンサ６、６を包埋支持すると共に、これら両センサ６、６の検出部を、上記エンコーダ４の被検出面である外周面に近接対向させている。
【０００６】
図示の例の場合、上記円筒状のエンコーダ４は、磁性金属板である軟鋼板製で、上記外輪１の内端部内周面と上記ハブ２の内端部外周面との間を塞ぐ組み合わせシールリング７を構成する、上記ハブ２の内端部に外嵌固定したスリンガ８と一体的に形成している。被検出面である、上記エンコーダ４の外周面には、スリット状の透孔９、９と柱部１０、１０とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。これら各透孔９、９と各柱部１０、１０との境界は、上記エンコーダ４の軸方向（上記被検出面の幅方向）に対し同じ角度だけ傾斜させると共に、この軸方向に対する傾斜方向を、上記エンコーダ４の軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。従って、上記各透孔９、９と上記各柱部１０、１０とは、軸方向中間部が円周方向に関して最も突出した（又は凹んだ）、「へ」字形（又は「く」字形）となっている。尚、図示の構造の場合には、スリットである透孔９、９を「へ」字形に設けているが、頂部を連結させない「ハ」字状の透孔にしても、同様の作用を得られる。又、検出精度は劣るが、幅方向片半部の透孔及び柱部のみを幅方向に対し傾斜させ、幅方向他半部の透孔及び柱部を幅方向に（平行に）形成する事もできる。
【０００７】
又、上記１対のセンサ６、６はそれぞれ、永久磁石と、検出部を構成するホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の磁気検知素子とから成る。これら両センサ６、６の検出部が上記エンコーダ４の外周面に対向する位置は、このエンコーダ４の円周方向に関して同じ位置としている。又、上記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用しない状態で、上記各透孔９、９及び柱部１０、１０の軸方向中間部で円周方向に関して最も突出した部分（境界の傾斜方向が変化する部分）が、上記両センサ６、６の検出部同士の間の丁度中央位置に存在する様に、各部材４、６、６の設置位置を規制している。
【０００８】
上述の様に構成する荷重測定装置付転がり軸受ユニットを自動車に組み付ける場合には、上記外輪１の外周面の中間部に設けた固定側フランジ１１を、懸架装置を構成するナックルに結合固定する。これと共に、上記ハブ２の外端寄り部外周面に設けた回転側フランジ１２に、制動装置を構成するロータ等の制動用回転部材と車輪を構成するホイールとを結合固定する。更に、図示の車輪支持用転がり軸受ユニットは、駆動輪（ＦＦ車の前輪、ＦＲ車の後輪、４ＷＤ車の全車輪）用である為、上記ハブ２の中心部に設けたスプライン孔１３に、等速ジョイント用外輪１４の外端面に固設したスプライン軸１５（駆動軸）をスプライン係合させる。
【０００９】
上述の様に自動車に組み付けた荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合、上記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用（これら外輪１とハブ２とがアキシアル方向に相対変位）すると、上記両センサ６、６の出力信号が変化する位相がずれる。即ち、上記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用していない、中立状態では、上記両センサ６、６の検出部は、図３の（Ａ）の実線イ、イ上、即ち、上記最も突出した部分から軸方向に同じだけずれた部分に対向する。従って、上記両センサ６、６の出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。
【００１０】
これに対して、上記エンコーダ４を固定したハブ２に、図３の（Ａ）で下向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ６、６の検出部は、図３の（Ａ）の破線ロ、ロ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ６、６の出力信号の位相は、同図の（Ｂ）に示す様にずれる。更に、上記エンコーダ４を固定したハブ２に、図３の（Ａ）で上向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ６、６の検出部は、図３の（Ａ）の鎖線ハ、ハ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが、逆方向に互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ６、６の出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様にずれる。
【００１１】
上述の様に、先発明の第１例の構造の場合には、上記両センサ６、６の出力信号の位相が、上記外輪１とハブ２との間に加わるアキシアル荷重の向きに応じた向きにずれる。又、このアキシアル荷重により上記両センサ６、６の出力信号の位相がずれる程度（変位量）は、このアキシアル荷重が大きくなる程大きくなる。従って、上記両センサ６、６の出力信号の位相ずれの有無、ずれが存在する場合にはその向き及び大きさに基づいて、上記外輪１とハブ２との間に作用しているアキシアル荷重の向き及び大きさを求められる。尚、上記両センサ６、６の出力信号の位相差に基づいて上記アキシアル荷重を算出する処理は、図示しない演算器により行なう。この為、この演算器には、予め理論計算や実験により調べておいた上記位相差と上記アキシアル荷重との関係を、計算式やマップ等の形式で組み込んでおく。
【００１２】
次に、図４〜６は、先発明の第２例を示している。本例の場合も、上述した先発明の第１例の場合と同様、磁性金属板である軟鋼板製で円筒状のエンコーダ４ａを、ハブ２の内端部に外嵌固定したスリンガ８と一体的に形成している。そして、被検出面である、上記エンコーダ４ａの外周面に、透孔９ａ、９ａと柱部１０ａ、１０ａとを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。但し、本例の場合、これら各透孔９ａ、９ａと各柱部１０ａ、１０ａとの境界は、上記エンコーダ４ａの軸方向（上記被検出面の幅方向）に対し所定角度だけ傾斜した直線形状とすると共に、円周方向に隣り合う各境界同士で、軸方向に対する傾斜方向を互いに逆にしている。これにより、上記各透孔９ａ、９ａの円周方向に関する幅を軸方向片側（図５の右側）程広くし、且つ、上記各柱部１０ａ、１０ａの円周方向に関する幅を軸方向他側（図５の左側）程広くしている。又、本例の場合、外輪１の内端部に固定した合成樹脂製のセンサホルダ５の内部には、１つのセンサ６を包埋支持すると共に、このセンサ６の検出部を上記エンコーダ４ａの外周面に近接対向させている。
【００１３】
上述の様に構成する先発明の第２例の場合、上記外輪１とハブ２との間に加わるアキシアル荷重が作用すると、上記センサ６の出力信号のパターンが変化する。即ち、上記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用しておらず、これら外輪１とハブ２とが相対変位していない、中立状態では、上記センサ６の検出部は、図６の（Ａ）の鎖線α上、即ち、上記エンコーダ４ａの外周面の幅方向中央部分に対向する。この結果、上記センサ６の出力信号（矩形波信号）のデューティ比（＝高電位継続時間／１周期）は、図６の（Ｂ）に示す様に５０％となる。これに対して、上記エンコーダ４ａを固定したハブ２に、図６の（Ａ）で上向きのアキシアル荷重が作用（上記外輪１に対し上記ハブ２が軸方向に変位）した場合には、上記センサ６の検出部は、図６の（Ａ）の鎖線β上、即ち、上記エンコーダ４ａの外周面のうち、幅方向中央部よりも下側にずれた部分に対向する。この結果、上記センサ６の出力信号のデューティ比は、図６の（Ｃ）に示す様に、５０％からずれた値（図示の例では３０％）となる。更に、上記エンコーダ４ａを固定したハブ２に、図６の（Ａ）で下向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記センサ６の検出部は、図６の（Ａ）の鎖線γ上、即ち、上記エンコーダ４ａの外周面のうち、幅方向中央部よりも上側にずれた部分に対向する。この結果、上記センサ６の出力信号のデューティ比は、図６（Ｄ）に示す様に、５０％から逆方向にずれた値（図示の例では７０％）となる。
【００１４】
上述の様に、先発明の第２例の場合には、上記センサ６の出力信号のデューティ比が、上記外輪１とハブ２との間に加わるアキシアル荷重の向きに応じた向きにずれる。又、このアキシアル荷重により上記センサ６の出力信号のデューティ比がずれる程度（変位量）は、このアキシアル荷重が大きくなる程大きくなる。従って、先発明の第２例の場合には、上記センサ６の出力信号のデューティ比のずれの有無、ずれが存在する場合にはその向き及び大きさに基づいて、上記外輪１とハブ２との間に作用しているアキシアル荷重の向き及び大きさを求められる。尚、上記センサ６の出力信号のデューティ比に基づいて上記アキシアル荷重を算出する処理は、図示しない演算器により行なう。この為、この演算器には、予め理論計算や実験により調べておいた上記デューティ比と上記アキシアル荷重との関係を、計算式やマップ等の形式で組み込んでおく。
【００１５】
次に、図７〜８は、先発明の第３例を示している。本例の場合も、上述した先発明の第１〜２例の場合と同様、磁性金属板である軟鋼板製で円筒状のエンコーダ４ｂを、ハブ２の内端部に外嵌固定したスリンガ８と一体的に形成している。そして、被検出面である、上記エンコーダ４ｂの外周面に、スリット状の透孔９ｂ、９ｂと柱部１０ｂ、１０ｂとを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。但し、本例の場合、これら各透孔９ｂ、９ｂと各柱部１０ｂ、１０ｂとの境界は、上記エンコーダ４ｂの軸方向に対して同方向に同じ角度だけ傾斜した直線としている。又、本例の場合、外輪１の内端部に固定した合成樹脂製のセンサホルダ５の内部の上下両端部に、１対のセンサ６、６を包埋支持すると共に、これら両センサ６、６の検出部を上記エンコーダ４ｂの外周面の上下両端部に近接対向させている。
【００１６】
自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わるアキシアル荷重は、このハブ２に結合固定した車輪（タイヤ）の外周面と路面との接地面から入力される。この接地面は、上記外輪１及び上記ハブ２の回転中心よりも径方向外方（下方）に存在する為、上記アキシアル荷重はこれら外輪１とハブ２との間に、純アキシアル荷重としてではなく、これら外輪１及びハブ２の中心軸と上記接地面の中心とを含む（鉛直方向の）仮想平面内での、モーメントを伴って加わる。そして、このモーメントの大きさは、上記接地面から入力されるアキシアル荷重の大きさに比例する。そこで、このモーメントを求めれば、このアキシアル荷重を求められる事になる。
【００１７】
一方、上記ハブ２にモーメントが加わると、これに応じて、上記エンコーダ４ｂの上端部が軸方向に関して何れかの方向に、同じく下端部がこれと逆方向に、それぞれ変位する。この結果、上記エンコーダ４ｂの外周面の上下両端部にそれぞれの検出部を近接対向させた、上記両センサ６、６の出力信号の位相が、それぞれ中立位置に対して、逆方向にずれる。そこで、これら両センサ６、６の出力信号の位相のずれの向き及び大きさに基づいて、上記外輪１と上記ハブ２との間に作用するアキシアル荷重の向き及び大きさを求められる。本例の場合も、この様に位相のずれからアキシアル荷重を求める計算は、図示しない演算器により行なう。
【００１８】
尚、上述した先発明の第１〜３例の場合には、エンコーダを磁性金属板である軟鋼板製とすると共に、このエンコーダの被検出面の磁気特性を円周方向に関して交互に変化させる為、この被検出面に透孔と柱部とを円周方向に関して交互に配置する構成を採用している。但し、上記被検出面の磁気特性を円周方向に関して交互に変化させる構成としては、例えば、この被検出面に凹部と凸部とを円周方向に関して交互に配置する構成を採用する事もできる。又、エンコーダは、磁性金属板製に限らず、永久磁石製とする事もできる。例えば、上述の先発明の第１例で使用するエンコーダを永久磁石製とする場合には、先発明の第４例を示す、図９に示す様に、軟鋼板等の磁性金属板製で円筒状の芯金１６の外周面に、永久磁石製で円筒状のエンコーダ４ｃを添着固定する。そして、被検出面である、このエンコーダ４ｃの外周面に、Ｎ極とＳ極とを円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置すると共に、これらＮ極とＳ極との境界を「へ」字形（又は「く」字形）とする。上述の先発明の第２〜３例で使用するエンコーダに就いても、同様にして永久磁石製とする事ができる。何れにしても、エンコーダを永久磁石製とする場合には、センサ側に永久磁石を組み込む必要はない。
【００１９】
又、エンコーダは、上述した様な円筒状のエンコーダに限らず、円輪状のエンコーダを使用する事もできる。図１０〜１１は、この様な円輪状のエンコーダを組み込んだ、先発明の第５例を示している。本例の場合、対象となる車輪支持用軸受ユニットは、従動輪（ＦＦ車の後輪、ＦＲ車の前輪）用である為、ハブ２ａの中心部にスプライン孔を設けていない。この様なハブ２ａの内端部には、磁性金属板である軟鋼板製で円輪状のエンコーダ４ｄを、このハブ２ａと同心に支持固定している。本例の場合、このエンコーダ４ｄは、このハブ２ａの内端部に締り嵌めで外嵌固定した段付円筒状の支持環１７の内端縁から径方向内方に直角に折れ曲がる状態で、この支持環１７と一体に形成している。尚、この支持環１７の内端部を構成する大径円筒部１８の円周方向複数個所には、水抜き孔１９、１９を形成している。
【００２０】
又、上記エンコーダ４ｄは、前述した先発明の第１例の円筒状のエンコーダ４（図１〜３参照）を、円輪状にした如き構成を有する。即ち、被検出面である、上記エンコーダ４ｄの内側面には、透孔９ｄ、９ｄと柱部１０ｄ、１０ｄとを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。これら各透孔９ｄ、９ｄと各柱部１０ｄ、１０ｄとの境界線は、上記エンコーダ４ｄの径方向（上記被検出面の幅方向）に対し同じ角度だけ傾斜させると共に、この径方向に対する傾斜方向を、上記エンコーダ４ｄの径方向中間部を境に互いに逆方向としている。即ち、上記境界線は、径方向中間部が円周方向片側に最も突出した、「く」字形となっている。特に、本例の場合、この「く」字形の境界線の各辺をそれぞれ、単なる直線ではなく、径方向位置と中心角度位置との間に比例関係が成立する曲線としている。
【００２１】
又、外輪１の内端部に有底円筒状のセンサカバー２０を内嵌固定している。そして、このセンサカバー２０の内面に固定した合成樹脂製のセンサホルダ２１の内部に、１対のセンサ６、６を包埋支持すると共に、これら両センサ６、６の検出部を、被検出面である、上記エンコーダ４ｄの内側面に近接対向させている。具体的には、このエンコーダ４ｄの内側面のうち、円周方向に関する位相が互いに等しい部分（図示の例では上端部）に、上記両センサ６、６の検出部を、径方向（上下方向）にずらせた状態で近接対向させている。又、上記外輪１と上記ハブ２ａとの間に荷重が作用しない状態で、上記各境界線の傾斜方向が変化する部分が、上記両センサ６、６の検出部同士の間の丁度中央位置に存在する様に、各部材４ｄ、６、６の設置位置を規制している。尚、上記センサカバー２０の内端部の下端部には、このセンサカバー２０の内外を連通する、水抜き孔２２を形成している。
【００２２】
上述の様に各部材４ｄ、６、６の設置位置を規制した状態で、上記外輪１と上記ハブ２ａとの間に荷重が作用する（これら外輪１とハブ２ａとが相対変位する）事に基づき、上記エンコーダ４ｄが上記両センサ６、６に対して径方向（上下方向）に変位すると、これら両センサ６、６の出力信号に位相差が生じる。そこで、この位相差に基づいて、上記外輪１と上記ハブ２ａとの間に作用する荷重の向き及び大きさを求められる。
尚、円輪状のエンコーダの場合も、磁性金属板製に限らず、永久磁石製とする事ができる。
【００２３】
ところで、上述した各先発明の構造の様に、エンコーダ４、４ａ〜４ｄ及び芯金１６を外部環境に通じる部分に設置する場合には、これらエンコーダ４、４ａ〜４ｄ及び芯金１６に水、泥、融雪塩等の異物が付着する可能性がある。この為、上述した各先発明の構造の様に、磁性金属板製のエンコーダ４、４ａ、４ｂ、４ｄ及び（永久磁石製のエンコーダ４ｃを添着する）芯金１６の素材として、耐食性を有しない軟鋼板を使用すると、上記異物が付着する事に基づいて、上記磁性金属板製のエンコーダ４、４ａ、４ｂ、４ｄ及び芯金１６が腐食する可能性がある。このうち、磁性金属板製のエンコーダ４、４ａ、４ｂ、４ｄが腐食すると、表面に錆が発生し、この錆により被検出面の特性境界の形状が変化したり、或は、腐食による強度低下により、上記各エンコーダ４、４ａ、４ｂ、４ｄが変形すると言った不具合を生じる可能性がある。この様な不具合を生じると、所望のセンサ出力を得られなくなる為、荷重の測定精度が悪化したり、著しい場合には測定不能となる。一方、上記芯金１６が腐食すると、この芯金１６の表面で発生した錆が上記永久磁石製のエンコーダ４ｃの被検出面に付着する事により、この被検出面から出入りする磁束の密度が局所的に変化したり、或は、腐食による上記芯金１６の強度低下により、この芯金１６と共に上記永久磁石製のエンコーダ４ｃが変形したり、或は、この芯金１６の表面からこのエンコーダ４ｃが脱落すると言った不具合を生じる可能性がある。この様な不具合が生じると、やはり所望のセンサ出力を得られなくなる為、荷重の測定精度が悪化したり、或は荷重の測定が不能となる。
【００２４】
【特許文献１】特開２００５−３１０６３号公報
【非特許文献１】青山元男著、「レッドバッジスーパー図解シリーズ／クルマの最新メカがわかる本」、ｐ．１３８−１３９、ｐ．１４６−１４９、株式会社三推社／株式会社講談社、平成１３年１２月２０日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、上述の様な事情に鑑み、磁性金属製のエンコーダや、永久磁石製のエンコーダを添着固定する磁性金属製の芯金を、水、泥、融雪塩等の異物が付着する可能性のある部分に設置する場合でも、上記磁性金属製のエンコーダや芯金が腐食するのを防止できる構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、転がり軸受ユニットと、荷重測定装置とを備える。
このうちの転がり軸受ユニットは、静止側周面に静止側軌道を有し、使用状態でも回転しない静止側軌道輪と、回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転する回転側軌道輪と、上記静止側軌道と上記回転側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備える。
又、上記荷重測定装置は、エンコーダと、センサと、演算器とを備える。
【００２７】
本発明のうち、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合、
上記エンコーダは、磁性金属製で、上記回転側軌道輪又はこの回転側軌道輪と共に回転及び変位する回転部材の一部に支持固定されている。そして、この回転側軌道輪又はこの回転部材と同心に設けた被検出面の特性を、円周方向に関して交互に変化させると共に、この被検出面の特性が円周方向に関して変化する位相若しくはピッチを、この被検出面の幅方向に応じて連続的に変化させている。
又、上記センサは、検出部を上記被検出面に対向させた状態で使用時にも回転しない部分に支持され、この被検出面の特性変化に対応して出力信号を変化させる。
又、上記演算器は、上記センサの出力信号が変化するパターンに基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に加わる荷重を算出する機能を有する。
特に、請求項１に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、上記エンコーダが耐食性を有する。
この様な請求項１に記載した発明を実施する場合に、好ましくは、請求項２に記載した様に、上記エンコーダに耐食性を与える為、このエンコーダの素材である磁性金属として、ステンレス鋼を使用する。又は、請求項３に記載した様に、上記エンコーダに耐食性を与える為、このエンコーダの表面に防錆処理を施す。
【００２８】
一方、本発明のうち、請求項４に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合、
上記エンコーダは、永久磁石製で、上記回転側軌道輪又はこの回転側軌道輪と共に回転及び変位する回転部材に固定した磁性金属製の芯金に添着固定されている。そして、上記回転側軌道輪又は上記回転部材と同心に設けた被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させると共に、この被検出面の特性が円周方向に関して変化する位相若しくはピッチを、この被検出面の幅方向に応じて連続的に変化させている。
又、上記センサは、検出部を上記被検出面に対向させた状態で使用時にも回転しない部分に支持され、この被検出面の特性変化に対応して出力信号を変化させる。
又、上記演算器は、上記センサの出力信号が変化するパターンに基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間に加わる荷重を算出する機能を有する。
特に、請求項４に記載した荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、上記芯金が耐食性を有するものである。
この様な請求項４に記載した発明を実施する場合に、好ましくは、請求項５に記載した様に、上記芯金に耐食性を与える為、この芯金の素材である磁性金属として、ステンレス鋼を使用する。又は、請求項６に記載した様に、上記芯金に耐食性を与える為、この芯金の表面に防錆処理を施す。
【発明の効果】
【００２９】
上述の様に、本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、磁性金属製のエンコーダ（請求項１）、並びに、永久磁石製のエンコーダを添着固定する磁性金属製の芯金（請求項４）として、それぞれ耐食性を有するものを使用している。この為、これら磁性金属製のエンコーダや芯金を、水、泥、融雪塩等の異物が付着する可能性のある部分に設置する場合でも、これら磁性金属製のエンコーダ及び芯金が腐食する事を防止できる。従って、本発明の場合には、エンコーダの被検出面の性状、並びに、この被検出面とセンサの検出部との対向位置関係を、長期間に亙り良好に維持できる。この結果、荷重の測定精度を長期間に亙り良好に維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
［実施の形態の第１例］
請求項１、２に対応する、本発明の実施の形態の第１例に就いて、前述した先発明の第１例を示す、図１〜３を参照しつつ説明する。前述した先発明の第１例の場合には、エンコーダ４を構成する磁性金属板として、軟鋼板を使用していた。これに対し、本例の場合には、このエンコーダ４を構成する磁性金属板として、耐食性を有する磁性金属板である、磁性ステンレス鋼板を使用している。
【００３１】
本例を実施する場合、上記磁性ステンレス鋼板の素材となるステンレス鋼としては、例えば、それぞれが常温で磁性を有する、フェライト系のＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３４等や、マルテンサイト系のＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４４０Ｃ等を使用する事ができる。又、基本的には常温で磁性を有しないが、冷間加工をすると加工誘起マルテンサイト変態が生じて磁性を有する様になる、オーステナイト系のＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３１６等を使用する事もできる。これらオーステナイト系のステンレス鋼を使用する場合には、勿論、磁性を帯びる様に冷間加工を施す。尚、これらオーステナイト系のステンレス鋼は、上述したフェライト系、マルテンサイト系のステンレス鋼と比較すると、耐食性が優れており、成形性も良好である為、上記エンコーダ４に十分な耐食性を持たせる事ができ、しかも低コストで加工できる。
【００３２】
上述の様に、本例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、エンコーダ４を、耐食性を有する磁性金属板である、磁性ステンレス鋼板製としている。この為、このエンコーダ４に水、泥、融雪塩等の異物が付着した場合でも、このエンコーダ４が腐食する事を防止できる。従って、本例の場合には、このエンコーダ４の被検出面の性状、並びに、この被検出面と１対のセンサ６、６の検出部との対向位置関係を、長期間に亙り良好に維持できる。この結果、アキシアル荷重の測定精度を長期間に亙り良好に維持できる。
【００３３】
［実施の形態の第２例］
次に、請求項１、３に対応する、本発明の実施の形態の第２例に就いて、前述した先発明の第５例を示す、図１０〜１１を参照しつつ説明する。前述した先発明の第５例の場合には、軟鋼板製のエンコーダ４ｄの表面に、何らの処理も施していなかった。これに対し、本例の場合には、軟鋼板製のエンコーダ４ｄの表面に、防錆処理を施している。
【００３４】
本例の場合、上記エンコーダ４ｄの表面に施す防錆処理としては、例えば、めっき処理を採用できる。具体的には、亜鉛めっき、クロメートめっき、ユニクロめっき、ニッケルめっき、無電解ニッケルめっき、カニゼンめっき、クロムめっき等を採用できる。このうち、クロメートめっき、ユニクロめっきは、亜鉛めっき後に化成被膜処理を施したものであり、この化成被膜処理によって耐食性を著しく向上させられ、しかも比較的安価で量産性に適している。又、無電解ニッケルめっきは、電気ニッケルめっきよりも耐食性が良好であり、めっきの膜厚を均一にできる為、形状が複雑で寸法精度を有するエンコーダ４ｄの表面処理に適している。
【００３５】
その他の防錆処理としては、黒染め（四三酸化鉄被膜）やレイデント処理を採用できる。このうちの黒染めは、母材表面に四三酸化鉄（Fe3O4 ）の薄膜を生成させる表面処理であり、この母材表面の寸法変化が殆ど生じないと言った利点がある。又、レイデント処理は、０℃以下での電気化学反応で、サイズが約１μｍ以下のセラミック状クロム微粒子を多数析出させるが、その被膜の一部が母材である金属材料の内部に合金的な拡散層を形成し、膜厚１〜２μｍの薄膜処理も可能で、耐食性が非常に高く、ステンレス鋼にも処理可能である。
【００３６】
上述の様に、本例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、エンコーダ４ｄの表面に防錆処理を施している。この為、このエンコーダ４ｄに水、泥、融雪塩等の異物が付着した場合でも、このエンコーダ４ｄが腐食する事を防止できる。従って、本例の場合には、このエンコーダ４ｄの被検出面の性状、並びに、この被検出面とセンサ６の検出部との対向位置関係を、長期間に亙り良好に維持できる。この結果、荷重の測定精度を長期間に亙り良好に維持できる。
【００３７】
尚、上述した各実施の形態では、磁性金属製のエンコーダを組み込む構造を対象として、このエンコーダをステンレス鋼製とする例、及び、このエンコーダの表面に防錆処理を施す例に就いて説明した。但し、本発明を実施する場合には、例えば前述の図９に示した先発明の第４例の様に、磁性金属製の芯金１６に添着固定した永久磁石製のエンコーダ４ｃを組み込む構造を対象として、この芯金１６をステンレス鋼製とする構造（請求項４、５）や、この芯金１６の表面に防錆処理を施す構造（請求項４、６）を実施する事もできる。これらの構造を実施する場合には、上記芯金１６に水、泥、融雪塩等の異物が付着した場合でも、この芯金１６が腐食する事を防止できる。従って、この芯金１６に添着固定する永久磁石製のエンコーダ４ｃの被検出面の性状、並びに、この被検出面とセンサの検出部との対向位置関係を、長期間に亙り良好に維持できる。勿論、上記エンコーダ４ｃが上記芯金１６から脱落する事も防止できる。この結果、荷重の測定精度を長期間に亙り良好に維持できる。
【００３８】
尚、本発明は、上述した各実施の形態の構造に限るものではない。例えば、磁性金属製のエンコーダや芯金は、組み合わせシールリングを構成するスリンガ等の他の部材と一体に形成している場合であっても、或は別体に形成している場合であっても、何れの場合でも実施可能である。又、磁性金属製のエンコーダや芯金は、転がり軸受ユニットを構成する回転側軌道輪に限らず、この回転側軌道輪と共に回転及び変位する、等速ジョイントや制動用ディスクロータ等の回転部材に支持固定（或は一体形成）する事もできる。又、センサも、転がり軸受ユニットを構成する静止側軌道輪に限らず、懸架装置を構成するナックル等の静止部材に支持固定する事もできる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、車両の車輪支持用転がり軸受ユニットに限らず、各種機械装置の回転支持部分に組み込まれる複列転がり軸受ユニットに適用する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態の第１例、並びに、先発明の第１例を示す断面図。
【図２】これら各例に組み込むエンコーダの被検出面の一部を径方向外方から見た図。
【図３】アキシアル荷重に基づいて１対のセンサの出力信号が変化する状態を説明する為の線図。
【図４】先発明の第２例を示す断面図。
【図５】この先発明の第２例に組み込むエンコーダの被検出面の一部を径方向外方から見た図。
【図６】アキシアル荷重に基づいてセンサの出力信号が変化する状態を説明する為の線図。
【図７】先発明の第３例を示す断面図。
【図８】この先発明の第３例に組み込むエンコーダの被検出面の一部を径方向外方から見た図。
【図９】先発明の第４例に組み込む、永久磁石製のエンコーダ及び磁性金属板製の芯金の斜視図。
【図１０】本発明の実施の形態の第２例、並びに、先発明の第４例を示す断面図。
【図１１】これら各例に組み込むエンコーダの被検出面を軸方向から見た図。
【符号の説明】
【００４１】
１    外輪
２、２ａ  ハブ
３    転動体
４、４ａ〜４ｄ  エンコーダ
５    センサホルダ
６    センサ
７    組み合わせシールリング
８    スリンガ
９、９ａ〜９ｄ  透孔
１０、１０ａ〜１０ｄ  柱部
１１    固定側フランジ
１２    回転側フランジ
１３    スプライン孔
１４    等速ジョイント用外輪
１５    スプライン軸
１６    芯金
１７    支持環
１８    大径円筒部
１９    水抜き孔
２０    センサカバー
２１    センサホルダ
２２    水抜き孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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